Варистор: устройство, принцип действия и применение

Существует много приспособлений, с помощью которых организуется защита чувствительных электронных схем и устройств, являющихся частью радиоэлектронной цепи, от высоковольтных переходных процессов и скачков напряжения. Одним из таких эффективных средств является варистор, который представляет собой двухвыводной твердотельный полупроводниковый прибор с симметричной нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ).

Устройство, характеристики и принцип действия варистора

Данный радиоэлемент, использующийся в сетях постоянного и переменного тока, обеспечивает защиту электроники при помощи стабилизации напряжения. Главная особенность заключается в том, что сопротивление прибора полностью зависит от напряжения в цепи, изменяясь автоматически. То есть, если напряжения повышается, варистор переходит из изолирующего состояния в состояние электропроводящее. Данный принцип работы варистора позволяет охарактеризовать его как нелинейный или переменный резистор.

Когда возникает перенапряжение, угрожающее чувствительной электронике, варистор практически мгновенно изменяет свое сопротивление от сотен МОм до десятков Ом, замыкая цепь. Поскольку прибор является безынерционным элементом, он способен восстанавливать свои свойства мгновенно, что обеспечивает эффективную защиту от импульсных выбросов. Как правило, в паре с нелинейным резистором размещается плавкий предохранитель, который сгорает при скачке напряжения, разрывая цепь.

Различают 2 основных вида варисторов:

• низковольтные – рассчитаны на рабочее напряжение от 3 до 200 В (используются для защиты радиокомпонентов в низковольтных цепях);
• высоковольтные – работают в цепях со значениями тока до 20 кВ (применяются для защиты электрических сетей и установок).

Устройство варистора не является сложным, поскольку прибор изготавливается методом спекания оксида цинка или карбида кремния с добавлением связующих веществ. После термической обработки поверхность полученной основы покрывается металлом (как правило, в форме двух дисков), к которому припаиваются металлические выводы (луженая медь). Поверх конструкции наносится диэлектрик в виде керамической или эпоксидной оболочки.

Основные характеристики и параметры варисторов:

• максимально допустимое напряжение – от нескольких вольт до нескольких десятков киловольт;
• время срабатывания – измеряется в наносекундах;
• максимальная энергия поглощения – измеряется в Джоулях;
• емкость – зависит от приложенного напряжения;
• напряжение классификации – как правило, составляет 1 мА;
• максимальный импульсный ток – измеряется в Амперах;
• допустимое отклонение – указывается в процентах.

Маркировка варисторов и применение

На корпус каждого такого прибора наносятся цифры и буквы, которые несут в себе информацию о характеристиках радиоэлемента: допустимое отклонение, форм-фактор (диск или стержень), максимально допустимое напряжение, диаметр, тип устройства (металлооксидный или оскидноцинковый). Стоит учитывать возможное различие по напряжениям и уровням тока, поскольку каждый производитель имеет право устанавливать маркировку самостоятельно.

Широкое применение варисторов обусловлено их эффективностью и доступностью, широким диапазоном напряжения, простотой исполнения, длительным сроком службы, а также возможностью отслеживания перепадов напряжения. Среди недостатков можно выделить низкочастотный шум, утрату свойств со временем, большую емкость и зависимость вольтамперной характеристики от температуры.

Данные компоненты можно встретить практически в любом сегменте электроники:

• телекоммуникационное оборудование – модемы и роутеры, DECT-телефоны, абонентское оборудование и сетевые карты;
• низковольтное оборудование и одноплатные устройства – компьютеры, контроллеры и измерительные приборы, медицинское оборудование, дистанционные датчики и интерфейсы;
• электросети и сетевые фильтры – бытовая электроника, автоматы и промышленные источники питания, LED-драйверы, блоки питания и ИБП, а также сетевые фильтры и измерители мощности;
• автомобильная электроника – сервоприводы и контроллеры, ABS, блоки управления и шины данных;
• индустриальное оборудование большой мощности – насосы, компрессоры и двигатели, соленоиды и силовые реле, роботы, а также драйверы и мощные источники питания.

Проверка элемента

Зная, как работает варистор, можно легко проверить его на исправность. Существует три способа проверки данного компонента. Первый из них – самый простой, поскольку представляет собой визуальный осмотр (трещины, следы оплавления или вздутия сразу будут заметны). Если устройство запылено, рекомендуется очистить его от пыли. Второй способ потребует наличия и опыта работы с мультиметром, который должен показывать сопротивление ближе к бесконечности. Третий способ потребует прозвонить цепь, что потребует отпаять одну из ножек нелинейного резистора (рабочий варистор не пропустит ток). В случаях, когда маркировка на корпусе варистора стерта, поможет мегомметр.

Советы по выбору

Описание варистора на сайте поможет подобрать оптимальный тип устройства для защиты электрооборудования от перегрузок. Для этого следует знать такие параметры, как мощность импульсов, образующихся при коммутации, а также величина сопротивления источника на входе. Для эффективной защиты рекомендуется выбирать устройство с напряжением, имеющим небольшой запас к номинальному.

Хоть время срабатывания варистора и является отличным значением, но в некоторых случаях оно оказывается недостаточным. В качестве альтернативы существует технология SMD-резисторов, время срабатывания которых варьируется от 0,5 наносекунд и выше.